2020高中物理 4.6 核能利用每課一練 粵教版選修3-5（通用）

1、4.6 核能利用 每課一練（粵教版選修3-5） 基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1.原子反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它主要由四部分組成（ ）A.原子燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B.原子燃料、減速劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C.原子燃料、減速劑、碰撞系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)D.原子燃料、中子源、原子能聚存系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)解析：通過學(xué)習(xí)，我們知道核反應(yīng)堆的構(gòu)成分四部分：原子燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng).答案：A2.關(guān)于我國已建成的秦山和大亞灣核電站，下列說法中正確的是( )A.它們都是利用核聚變釋放原子能的B.它們都是利用核裂變釋放原子能的C.兩者的核燃料都是純鈾235D.一座是利用核裂變釋放原子能，一

2、座是利用核聚變釋放原子能解析：現(xiàn)在我們和平利用的核能只能通過核裂變產(chǎn)生，還沒有實(shí)現(xiàn)可控?zé)岷朔磻?yīng)，故答案為B項(xiàng).答案：B3.我國秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)60萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于的裂變，現(xiàn)有4種說法，以上說法中完全正確的是( )原子核中有92個(gè)質(zhì)子，有143個(gè)中子的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程式為+是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年,升高溫度半衰期縮短一個(gè)裂變能放出200 MeV的能量，合3.210-11JA. B. C. D.解析：由的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知正確；半衰期不受外界因素干擾，故錯(cuò)誤；通過計(jì)

3、算知正確，故答案為D項(xiàng).答案：D綜合運(yùn)用4.在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動(dòng)血液等導(dǎo)電液體時(shí)，由于不允許傳動(dòng)的機(jī)械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，如圖463所示為這種電磁泵的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)管放在磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)電液體時(shí)，這種液體即被驅(qū)動(dòng).如果導(dǎo)管中截面面積為h,磁場的寬度為L，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液體穿過磁場區(qū)域的電流強(qiáng)度為I，求驅(qū)動(dòng)力造成的壓強(qiáng)差為多少？圖4-6-3解析：電磁泵的原理是當(dāng)電流流過液體時(shí)，液體即成為載流導(dǎo)體，在磁場中受到安培力作用，力的方向由左手定則判定，所以液體將沿v的方向流動(dòng).液體導(dǎo)電后可視為導(dǎo)體,從電磁泵原理圖中可抽象出通電導(dǎo)體在磁場中受力模型.以載流導(dǎo)體為

4、對(duì)象，根據(jù)安培力公式，載流導(dǎo)體受到的安培力（即液體受力）為F=BIh，由壓強(qiáng)公式得p=，由題知S=h,由上面的幾個(gè)關(guān)系得p=.答案：p=5.在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能.核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能.（1）核反應(yīng)方程式+aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為_，a=_.以mU、mBa、mKr分別表示、核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能E=_.(2)有一座發(fā)電能力為P=1.00106

5、 kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率=40%.假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題（1）中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能E=2.7810-11J,核的質(zhì)量mU=39010-27 kg,求每年（1年=3.15107s）消耗的的質(zhì)量.解析：(1)由核反應(yīng)方程可知：X為，a為3，釋放的能量為E=（mU-mBa-mKr-2mn）c2.(2)因電站發(fā)電效率為40%，故電站消耗U235的功率為P=2.5106 kW,電站每年消耗U235的能量為W=Pt=2.51093.15107 J=7.8751016J,每年消耗的U235的質(zhì)量為M=1 105 kg.答案：（1） 3 (mU-mBa-mKr-2m

6、n)c2 （2）1 105 kg6.一靜止的核轉(zhuǎn)變?yōu)楹藭r(shí)放出一個(gè)粒子，已知U232、Th228和粒子的相對(duì)原子質(zhì)量分別為M0、M1、M2，求放出的粒子的初動(dòng)能.解析：首先根據(jù)質(zhì)量關(guān)系，可計(jì)算出核反應(yīng)過程中釋放出的核能，設(shè)U232、Th228和He核的質(zhì)量分別為m0、m1、m2.則核反應(yīng)放出的能量為E=（m0-m1-m2）c2,忽略電子的質(zhì)量，一個(gè)U232原子的質(zhì)量應(yīng)為=m0（N為阿伏加德羅常數(shù)）.同理=m1,=m2,即E=;因?yàn)榉磻?yīng)前后總動(dòng)量守恒，設(shè)反應(yīng)后Th228與He核的動(dòng)量分別為p1、p2，則p1-p2=0.設(shè)Th228與He核的動(dòng)能為Ek1、Ek2,則Ek1=,Ek2=,故粒子的初動(dòng)能

7、為(M0-M1-M2)c2.答案：(M0-M1-M2)c27.某些放射性化學(xué)元素在一定條件下發(fā)生衰變，產(chǎn)生一個(gè)新核以及一個(gè)質(zhì)量較小的粒子，同時(shí)放出能量，當(dāng)一個(gè)鐳（Ra226）發(fā)生衰變時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)粒子以及一個(gè)氡（Rn222）的核，過程如下：若已知衰變時(shí)釋放的能量（即粒子與核的動(dòng)能之和）為4.8 MeV,求粒子的動(dòng)能.解析：設(shè)鐳衰變前是靜止的，系統(tǒng)動(dòng)量為零，由動(dòng)量守恒定律得mv=mRnvRn(其中v和vRn是粒子與氡核的速度).將上式轉(zhuǎn)變?yōu)榧?也即mEk=mRnEkRn(其中Ek和EkRn是粒子、氡核的動(dòng)能).同時(shí)，由題意知Ek+EkRn=4.87 MeV,所以可得Ek=.答案：8.1999年1

8、0月日本的一家核電站發(fā)生了核泄露事件，對(duì)附近的環(huán)境造成了很大的危害.核泄露直接導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，其產(chǎn)生的射線具有非常大的危害性，能夠使動(dòng)植物體內(nèi)的細(xì)胞發(fā)生癌變，致使生物死亡.根據(jù)以上材料回答以下問題：核電站的發(fā)電原理是通過核裂變產(chǎn)生巨大的能量，完成下面鈾核裂變可能的一個(gè)反應(yīng)方程+_,并計(jì)算1 kg鈾核裂變放出的能量是_kJ.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，U235、Ba141、Kr92和中子的質(zhì)量分別為235.049 3 u,140.913 9 u,91.897 3 u，1.008 7 u，1 u=1.6610-27 kg)解析：3;一個(gè)鈾原子核裂變放出的核能E=mc2=(235.049 3 -14

9、0.913 9 -91.897 3-21.008 7)931 MeV=3.310-11kJ .答案：3 3.310-11拓展探究9.在原子反應(yīng)堆中，用石墨（碳）作減速劑使快中子變成慢中子，已知碳核的質(zhì)量是中子質(zhì)量的12倍.假設(shè)中子與碳核的碰撞是彈性的（即碰撞中不損失動(dòng)能），而且碰撞前碳核是靜止的,試求：（1）設(shè)碰撞前中子的動(dòng)能為E0,經(jīng)過一次碰撞后，中子的動(dòng)能損失；（2）至少經(jīng)過多少次碰撞，中子的動(dòng)能才能小于10-6E0（lg13=1.114，lg11=1.041）?解析：(1)設(shè)中子的質(zhì)量為m，速度為v0，碳核的質(zhì)量為m,碰撞前、后的速度分別為v1、v,mv0=mv1+mv 由解得v1=.碰撞一次，中子的動(dòng)能損失E=.(2)中子與碳核